本文關鍵詞：寬帶天線的可穿戴設計與雷達截面控制

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【摘要】：目前現(xiàn)代通信技術發(fā)展迅速,各類通信設備日趨小型化、寬帶化。作為無線通信系統(tǒng)中的重要設備,天線的小型化和寬帶化也已成為當前天線設計中的重要方面。其中,寬帶天線的可穿戴設計和雷達截面(RCS)減縮受到了眾多研究者的關注。以人體為中心的通信系統(tǒng)是第四代移動通信(4G)的一個重要組成部分。以人體為中心的通信系統(tǒng)中一個重要的研究方向是可穿戴式天線,可穿戴天線是指將天線集成到衣物上,作為衣物的一部分,具有攜帶方便等優(yōu)點。在電子對抗當中,隱身技術占有重要地位,天線的隱身性能是制約系統(tǒng)整體隱身性能的關鍵因素,研究具有良好散射特性的天線具有重要意義。本文著重圍繞織物天線、可穿戴超寬帶紐扣式天線、可穿戴寬帶PIFA天線,以及超寬帶天線RCS減縮展開研究工作。作者的主要研究成果可概括為：1.對應用于可穿戴系統(tǒng)中的可穿戴織物天線在設計制作時,需要面臨的問題進行了研究分析。首先研究了可用于制作織物天線的材料的特性,測量了織物材料的相對介電常數(shù)。以采用織物材料作為介質的微帶貼片天線為例,研究了織物材料發(fā)生變化時,對天線輻射性能的影響,包括織物材料發(fā)生在空氣中受潮、遇水等問題時,織物的相對介電常數(shù)發(fā)生改變,造成天線輻射性能的變化。因為天線工作在人體附近時,可能會受到擠壓,發(fā)生形變,從而研究了微帶貼片天線在發(fā)生不同程度形變時,天線輻射性能的變化。建立了簡單的人體模型,分析了對稱振子天線和微帶貼片天線在不同頻率,放置于人體模型上時,天線的輻射性能受到人體的影響,分析后發(fā)現(xiàn)帶有地板結構的微帶貼片天線比對稱振子天線受到人體的影響小,設計相關可穿戴天線時,應盡量采用帶有地板結構的天線形式。2.研究了用于可穿戴系統(tǒng)中的超寬帶紐扣式天線。天線采用羊毛氈這種織物材料作為天線的介質,實際加工了設計天線,然后測量其性能,結果表明天線的測量結果與仿真結果一致。建立了簡單的人體大腦與胸部模型,將天線放置在仿真模型上,研究了不同頻率時,天線的輻射性能受到人體的影響。通過仿真不同頻率時,人體受到設計天線電磁波照射時的SAR值來研究設計天線對人體的影響,結果表明設計天線對人體的SAR值符合相關標準,天線的地板有效的減小了天線與人體之間的相互影響。研究了兩個天線分別在空氣中和在人體不同位置時,天線之間的隔離度受到的影響,結果顯示在不同平面?zhèn)鬏敃r,人體的存在阻隔了天線之間的傳輸。研究了天線地板變形時,對天線的影響。最后,給出了一種改進型的紐扣式天線。3.研究了一種可用于智能手表的可穿戴寬帶PIFA天線。首先給出了寬帶PIFA天線的性能。建立了簡單的人體手腕模型,給出了天線放置在人體手腕模型附近時,天線輻射性能受到的影響,以及人體受到天線電磁波照射時的SAR值,結果表明天線輻射性能受到人體的影響很小,人體受到天線電磁波照射時的SAR值符合規(guī)定。接下來,由于部分智能手表可能會使用金屬邊框,因此分析了加載金屬邊框后,天線輻射性能的變化,結果顯示天線仍可工作在設計頻段內,并且天線增益增大。給出了加載邊框后天線輻射性能受到人體的影響以及人體受到天線電磁波照射時的SAR值,結果表明相較于未加載金屬邊框時,人體受到天線電磁波照射時的SAR值更小,加載金屬邊框后,有助于減小天線對人體的影響。4.研究了一種低RCS Vivaldi天線。通過分析輻射和散射時電流在設計天線表面上不同的分布,據(jù)此使用修正天線外形的方法來減縮天線的雷達截面,給出了對比天線,以此來表明各修正部分對減縮天線RCS的作用并進行了分析,對設計天線的輻射性能進行了測量,從測量結果可以看出設計天線的輻射性能與參考天線相似,并在頻帶內與參考天線相比天線RCS較低。
【關鍵詞】：天線 寬帶 可穿戴 織物 雷達截面控制
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN822
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 符號對照表13-14
• 縮略語對照表14-17
• 第一章 緒論17-29
• 1.1 研究背景17
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀17-25
• 1.2.1 幾種常見的寬帶天線研究現(xiàn)狀18-22
• 1.2.2 可穿戴天線研究現(xiàn)狀22-24
• 1.2.3 超寬帶天線雷達截面控制技術研究現(xiàn)狀24-25
• 1.3 本文的主要內容安排25-29
• 1.3.1 論文的寫作安排25-26
• 1.3.2 作者的主要工作26-29
• 第二章 基礎理論概述29-37
• 2.1 引言29
• 2.2 超寬帶天線的工作原理29-30
• 2.3 人體模型建立30-33
• 2.3.1 人體物理模型31-33
• 2.3.2 人體數(shù)值模型33
• 2.4 天線散射理論33-36
• 2.5 小結36-37
• 第三章 可穿戴織物天線特性研究37-57
• 3.1 引言37-38
• 3.2 可穿戴織物天線的設計要求38-39
• 3.3 可穿戴織物天線材料特性39-47
• 3.3.1 織物材料相對介電常數(shù)的測量40-44
• 3.3.2 織物材料相對介電常數(shù)變化時對天線的影響44-45
• 3.3.3 織物材料彎曲變形時對天線的影響45-47
• 3.4 人體對天線的影響47-54
• 3.4.1 人體模型的建立47-49
• 3.4.2 人體對部分天線的影響49-54
• 3.5 小結54-57
• 第四章 新型可穿戴紐扣式天線設計57-83
• 4.1 引言57
• 4.2 SAR的定義57-58
• 4.3 采用織物材料作為天線介質的可穿戴紐扣式超寬帶天線58-79
• 4.3.1 天線的結構58-59
• 4.3.2 天線主要參數(shù)對天線性能的影響59-62
• 4.3.3 天線的輻射性能62-64
• 4.3.4 人體對于天線的影響64-68
• 4.3.5 紐扣式超寬帶天線對人體的影響68-69
• 4.3.6 天線地板發(fā)生形變對天線的影響69-78
• 4.3.7 雨雪天氣對天線的影響78-79
• 4.4 中空帶孔的可穿戴紐扣式天線79-80
• 4.5 小結80-83
• 第五章 可穿戴寬帶PIFA天線設計83-101
• 5.1 引言83-84
• 5.2 PIFA天線簡介84-85
• 5.3 用于智能手表的可穿戴寬帶PIFA天線85-99
• 5.3.1 可穿戴PIFA天線的結構85-86
• 5.3.2 結構參數(shù)對天線輻射性能的影響86-89
• 5.3.3 天線的輻射性能89-91
• 5.3.4 人體對天線的影響91-93
• 5.3.5 天線對人體的影響93-94
• 5.3.6 邊框對寬頻PIFA天線的影響94-99
• 5.4 小結99-101
• 第六章 Vivaldi天線的雷達截面控制技術101-117
• 6.1 引言101
• 6.2 Vivaldi天線原理101-102
• 6.3 Vivaldi天線的雷達截面控制102-115
• 6.3.1 天線結構與天線設計分析103-109
• 6.3.2 天線輻射特性109-112
• 6.3.3 天線的散射特性112-115
• 6.4 小結115-117
• 第七章 結束語117-121
• 參考文獻121-131
• 致謝131-133
• 作者簡介133-134

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本文編號：954017